Преподаватель медицинского факультета Вашингтонского университета, опытный акушер-гинеколог Уильям Мастерс в конце 50-х годов прошлого века готовит материал для своей уникальной научной работы в области сексологии. Тема, считающаяся слишком деликатной в сдержанном буржуазном обществе, является слишком насущной и важной. Однако руководство учебного заведения не готово финансировать исследования. Герой нанимает в качестве помощницы певицу из ночного клуба Вирджинию Джонсон, которая должна набирать добровольцев для проведения экспериментов и наблюдения за их поведением. Девушка не только приводит желающих, но и сама активно принимает участие в опытах по исследованию интимных отношений, а также помогает обрабатывать и систематизировать полученный материал. Итогом большой работы становится обширный научный труд, давший толчок сексуальной революции.